Все про аккумулятор автомобиля

Виды, устройство и принцип работы автомобильного аккумулятора

Электрические аккумуляторные батареи применяются в любом автомобиле и представляют собой автономный источник питания. АКБ накапливает энергию, которая затем питает бортовую сеть, когда это необходимо, и подает ток на стартер для запуска двигателя.

Назначение аккумулятора в автомобиле

Автомобильный аккумулятор принято обозначать аббревиатурой АКБ, что значит аккумуляторная кислотная батарея. Не все батареи относятся к этому типу, но в автомобилях наиболее распространены именно они.

Автомобильный аккумулятор

Аккумулятор является важным компонентом в работе любого транспортного средства. Он выполняет следующие основные функции:

1. Подача электроэнергии на стартер для запуска двигателя. Аккумулятор способен в течение 30 секунд подавать пусковой ток или ток холодной прокрутки на стартер, который, в свою очередь, запускает двигатель.
2. Питание бортовой сети в случае недостаточной мощности (производительности) генератора.
3. Автономное питание бортовой сети автомобиля.

Каждый аккумулятор имеет определенную емкость и заряд. При работе двигателя всю нагрузку на электропитание берет на себя генератор. Он же заряжает аккумулятор во время движения. Если мощности не хватает, подключается батарея. Определенное время АКБ может обеспечить автономное питание.

Генератор выходит на оптимальный режим производительности при достижении двигателем частоты вращения коленчатого вала 1600-1800 об/мин и более.

Располагается АКБ, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля или закреплен на раме в случае крупного грузового транспорта. Это связано с тем, что кислота, находящаяся внутри, очень агрессивна и опасна для здоровья. Она может просочиться через корпус или выделиться в виде газа. С аккумулятором следует обращаться осторожно.

Более безопасны необслуживаемые АКБ, внутри которых нет жидкого электролита. Такие батареи практически не выделяют вредных паров и их можно использовать где угодно. Среди альтернативных мест размещения аккумулятора можно выделить багажное отделение и под сиденьем водителя.

Параметры АКБ

Обычная автомобильная батарея выдает напряжение в 12В. Этого хватает для питания бортовой сети. Для большегрузных автомобилей используются батареи с напряжением в 24В. По сути, это две обычные батареи, которые последовательно соединены. Емкость АКБ измеряется в Ампер-часах (А*ч). Для легкового транспорта емкость батареи находится в пределах 40-130 А*ч. Емкость показывает, какое время аккумулятор сможет давать энергию при нагрузке. Но эти величины измеряются при определенной нагрузке и при определенной температуре – 20°C. При других условиях параметры могут меняться.

Также важным показателем является ток холодной прокрутки или пусковой ток. Разные модели способны выдавать от 250А до 1300А. Ток холодной прокрутки – это то напряжение, которое способен отдать АКБ в течение 30 секунд при температуре 18°C. В иных условиях данный параметр может поменяться, например, зимой.

Устройство аккумулятора

На самом деле, стандартный аккумулятор – это шесть маленьких аккумуляторов, заключенных в один корпус. Шесть отсеков объединены в едином корпусе. Часто их называют банками. Каждая банка дает напряжение в 2,1В – 2,2В. Шесть банок соединены последовательно толстыми свинцовыми перемычками, что в итоге дает напряжение в 12,6В – 13,2В.

Устройство автомобильного аккумулятора

Автомобильный аккумулятор состоит из следующих основных элементов:

• пластиковый корпус;
• крышка;
• отрицательные пластины (электроды);
• положительные пластины;
• перемычки, соединяющие отсеки;
• жидкий электролит;
• сепараторы;
• положительный и отрицательный вывод (клеммы);
• заливные пробки.

Корпус и крышка

Корпус и крышка выполнены из пластика, который нейтрален к кислоте. В каждой банке находятся свинцовые пластины – электроды.

Пластины

Отрицательная пластина из губчатого свинца (Pb) называется катод, положительная пластина пористая с диоксидом свинца (PbO2) – анод. Чтобы батарея разряжалась не так быстро, используется не чистый свинец, а с применением разных присадок. Ранее добавляли 5% сурьмы, но процесс сульфатации все равно проходил быстро. В современных жидкостных аккумуляторах добавлен кальций. Он значительно снижает процесс сульфатации и повышает емкость АКБ до 70%. Если говорить про гелевые или AGM аккумуляторы, то в них применяется только чистый свинец. Это позволяет повысить мощность и отдаваемый пусковой ток до 1000-1300А.

Электролит

В каждой банке залит электролит. Это смесь серной кислоты и дистиллированной воды, в соотношении 35:65. Плотность электролита находится в пределах 1,23-1,31 г/см3. Чем она выше, тем батарея более устойчива к морозам.

Сепаратор

В простых жидкостных аккумуляторах между пластинами находится сепаратор. От слова “separate” – разделять. Обычно сепараторы изготавливаются из нейтрального пластика. Эти пластины разделяют положительные и отрицательные электроды от замыкания. Материалом для сепараторов служит ревертекс или эбонит. Также эти элементы иногда называют диэлектрической прослойкой.

В более современных необслуживаемых аккумуляторах в качестве сепараторов применяется микроволокно. Этот высокотехнологичный материал удерживает электролит внутри и не дает ему вытекать и испаряться. Пластины завернуты в микроволокно как в конверте и плотно прижаты друг к другу.

Клеммы и пробки

Клеммы аккумулятора также изготавливаются из свинца. К ним присоединяются контакты. На обслуживаемых аккумуляторах на корпусе располагаются заливные пробки. Их количество равно количеству банок. Они служат для заливки дистиллированной воды в случае необходимости.

Принцип работы

Между пластинами и электролитом непрерывно происходит электрохимическая реакция. При разряде химическая энергия преобразовывается в электрическую, а при заряде, наоборот, – электрическая в химическую. Когда аккумулятор подключен к потребителям энергии, то происходит его разрядка.

Химическая формула реакции

Происходит следующий процесс. На катоде идет восстановление диоксида свинца. Свинец на аноде окисляется. Серная кислота вступает в реакцию с металлами на обеих пластинах. При этой реакции образуется сульфат свинца. Процесс называется сульфатацией. Из серной кислоты выделяется водород, который затем вступает в реакцию с кислородом из положительно заряженной пластины. Образуется вода, а серная кислота расходуется. Плотность электролита понижается. Процесс реакции показан на картинке.

При зарядке весь процесс происходит в обратном порядке. Серная кислота восстанавливается. Вновь образуется диоксид свинца и серная кислота. При полной зарядке плотность электролита должна быть в пределах 1,29 гр/см3. Это значение показывает уровень содержания серной кислоты на один кубический сантиметр электролита.

Таким образом, работа батареи основана на циклах заряд-разряд. Если допустить глубокий разряд, процесс может быть необратимым. Останется только вода и сульфат свинца. Поэтому нужно всегда следить за уровнем заряда.

Зарядка, хранение и зависимость от температуры

После того как автомобильный аккумулятор запустил стартер и двигатель, происходит его зарядка от генератора. В снятом положении батарея заряжается зарядным устройством. Хранить аккумулятор с жидким электролитом можно только в строго горизонтальном положении и при определенной температуре 5°С -15°С. Это обусловлено тем, что электролит может вытечь, а осыпавшиеся пластины замкнуть на дне банки.

Разная температура также влияет на работу АКБ. При высокой температуре показатели мощности и токоотдачи высокие, но батарея быстрее разряжается и повышается расход воды. Электролит по своему составу не замерзает при минусовой температуре, но на сильном морозе он все же может это сделать. В мороз химические процессы замедляются, пусковой ток снижается, падает емкость батареи. Вот почему у водителей часто возникают проблемы с запуском двигателя зимой.

Разновидности аккумуляторов

Современные аккумуляторные батареи можно условно разделить на обслуживаемые и необслуживаемые.

Можно выделить следующие основные виды:

• АКБ с жидким электролитом.
• EFB аккумуляторы.
• AGM.
• Гелевые.

Аккумуляторы с жидким электролитом относятся к обслуживаемому типу. Это значит, что время от времени нужно следить за уровнем электролита, его плотностью и емкостью батареи. Их срок службы в среднем составляем 3-5 лет. Они доступны по цене и хорошо справляются со своей задачей в автомобиле. Поэтому остаются самыми распространёнными.

Батареи по технологии EFB появились сравнительно недавно. В них также находится жидкий электролит, но пластины завернуты в микроволокно. Материал впитывает электролит, что увеличивает площадь контакта с пластинами. Это также повышает емкость и мощность и позволяет снизить объем электролита по сравнению с обычными АКБ, делая такие батареи практически необслуживаемыми. Срок службы 4-5 лет. Стоимость приемлемая.

Аккумуляторы AGM относятся к классу необслуживаемых батарей. Это значит, что у них полностью герметичный корпус. На корпусе имеются газоотводные клапаны. Между пластинами находится стекловолокно, в порах которого электролит. Это позволяет значительно замедлить процесс сульфатации. Такие батареи не боятся полного разряда. Срок службы до 10 лет. Но есть минусы: высокая стоимость и обслуживание.

Гелевые

Это также необслуживаемые батареи. В электролит добавлены вещества, которые сгущают его и доводят до твердого состояния. Сам электролит выступает в роли сепаратора между пластинами. Срок службы до 10 лет, но требуется специальный уход, как и в случае с AGM. Не боятся глубокого разряда, но чувствительны к перезаряду и замыканию. Стоят в 3-4 раза дороже обычных.

Аккумуляторная батарея – это то устройство, которое требует от водителя внимания. Чтобы батарея прослужила долго, нужно знать ее устройство и принцип работы. При правильном уходе и условиях содержания АКБ проработает долгие годы.

Источник

Всё об автомобильных аккумуляторах

Из этой статьи вы узнаете всю необходимую информацию об устройстве, выборе и эксплуатации автомобильных аккумуляторов.

Двигатель автомобиля принято сравнивать с сердцем человека, это сопоставление верно не только по причине их значения. Для работы им необходимо электричество и если в сердце его генерирует синоатриальный узел в одном из предсердий, то для двигателя внутреннего сгорания необходим аккумулятор. Его используют для запуска силового агрегата и в качестве дополнительного источника питания бортовой электросистемы. Для автомобиля АКБ можно считать расходным материалом по причине ограниченности срока службы. Продолжительность эксплуатации зависит от грамотного выбора, условий работы и обслуживания. Что же такое аккумуляторная батарея и что должно стоять в вашем автомобиле? Как продлить ей жизнь и по каким причинам АКБ выходит из строя?

Устройство Аккумулятора

На изображении обозначены базовые элементы автомобильного АКБ.

Расшивровка обозначений:

1. корпус;
2. отрицательный электрод (пластина);
3. сепаратор;
4. положительный электрод (пластина);
5. баретка;
6. опорные призмы;
7. крышка;
8. пробка заливного отверстия;
9. положительный вывод;
10. межэлементная перемычка (соединительный мостик);
11. отрицательный вывод

Конструкция АКБ

Автомобили комплектуются стартерными аккумуляторами свинцово-кислотного типа. Их конструкция постоянно совершенствуется, но общее остается неизменным — в основе автомобильного аккумулятора батарея с напряжением 2 В.

Выпускаются несколько типов АКБ по данному критерию:

• 6В — применяются на сверхлегкой технике;
• 12В — устанавливаются на легковых автомобиля всех типов и грузовой технике с бензиновыми двигателями;
• 24В — предназначены для тяжелых грузовиков.

Несложно догадаться, что в АКБ используется определенное число батарей — соответственно 3, 6 и 12, соединенные последовательно.

Свинцово-кислотный аккумулятор в 2009 году отметил свое 150-летие, это наиболее распространенный тип АКБ, принцип действия которого основан на реакции взаимодействия между двуокисью свинца и свинца, протекающей при контакте с серной кислотой определенной концентрации. Когда аккумулятор находится под нагрузкой, свинец на отрицательном электроде окисляется, во время зарядки — идет его восстановление. Современные исследования показали, что в процессе работы АКБ идет более 60 химических реакций разной сложности! Одной из них является электролиз воды, в результате которого происходит потеря растворителя и изменение плотности электролита, поэтому периодически в обслуживаемых аккумуляторах производится добавление воды.

Основным элементом автомобильного АКБ является свинцовый электрод, имеющий решетчатую структуру. Он изготовлен не из чистого свинца, а из сплава, основным дополнительным элементом которого является кальций. Сегодня в рекламе нередко можно встретить термин «кальциевая батарея». Это не более, чем маркетинговый ход, так как этот легкий металл используют при производстве электродов все компании, выпускающие необслуживаемые аккумуляторы. Кальций обеспечивает АКБ высокую устойчивость к закипанию. Среди других элементов, добавляемых в состав свинцового сплава — золото, олово и серебро. Их используют для улучшения антикоррозионных свойств электродов, которые находятся в достаточно агрессивной среде.

Среди основных преимуществ свинцово-кальциевых электродов:

• минимальный уровень саморазряда;
• минимальный расход воды;
• потеря половины емкости в течение полутора лет;
• доступная стоимость производства.

Водители со стажем хорошо знакомы с конструкцией электродов — для детворы советского периода это был главный источник свинца, используемого для выплавки важных и полезных для игр вещей. Решетчатые пластины легкоплавкого металла и есть электроды АКБ.

Несмотря на одинаковую внешнюю структуру отрицательные и положительные электроды современных АКБ производятся по разным технологиям. При производстве отрицательных электродов производители применяют методику просечки листа из свинцового сплава с последующей вытяжкой. Эта технология получила название Expanded Metal и используется всеми компаниями, выпускающими батареи. Отрицательный электрод покрывается активной массой из губчатого свинца.

Положительные электроды производятся по разным технологиям, призванным обеспечить минимальное линейное расширение. Наиболее совершенная методика — вытягивание внутренних жилок свинцового сплава в разных направлениях и фиксация их к жесткой раме. Такая технология получила название Power Frame, она используется в самых современных аккумуляторах. Более простые положительные электроды имеют внутренние жилки, расположенные или в шахматном порядке, или вертикально. Как и отрицательные электроды, они покрываются активной массой, в качестве которой выступает диоксид свинца.

Каждая двухвольтовая батарея состоит из чередующихся пластин положительных и отрицательных электродов, изолированных друг от друга пластиковым сепаратором. Электроды погружены в раствор электролита, который является довольно агрессивным раствором. От протекания его защищает корпус из полиэтилена, который устойчив к воздействию неорганических кислот. Для подключения к энергосистеме автомобиля используются два вывода из свинцового сплава. Особое значение имеет их полярность, «+» может быть расположен как справа, так и слева. Стоит запомнить, что положительный вывод имеет больший диаметр, чем отрицательный. Чтобы не перепутать полюса при подключении используется еще один вариант страховки — проводка выпускается разной длины и если соединить АКБ с энергосистемой корректно не получается, то лишний раз стоит посмотреть — не перепутана ли полярность.

Совершенствование конструкции АКБ

Современные автомобили комплектуются системами безопасности, которые предъявляют повышенные требования к пусковому току АКБ, к устойчивости к глубокому разряду. Это заставляет конструкторов совершенствовать батареи, внедряя новые технологии.

Наиболее популярными из них являются:

• Absorbed Glass Material — удержание электролита с помощью микропористого материала;
• Enhanced Flooded Battery — использование электродов с покрытием из микроволокна;
• Valve Regulated Lead Acid Battery — система вентиляции с клапанами, обеспечивающими герметичность АКБ.

Аккумуляторы AGM называют батареями с нежидким электролитом. Микропористый материал сепаратора не только впитывает кислоту и обеспечивает максимально плотный контакт с электродами. В его структуре всегда остаются свободные полости, в которых происходит рекомбинация газов, образующихся в результате электролиза воды. В результате не требуется доливка растворителя, что увеличивает срок эксплуатации батарей.

Среди других преимуществ конструкции аккумуляторов с адсорбированным электролитом:

• хорошая проводимость сепаратора из стекловолокна;
• низкое внутреннее сопротивление;
• способность отдавать более высокие токи;
• повышенная плотность пакетов не дает осыпаться активной массе;
• устойчивость к глубоким разрядам;
• АКБ работает при любом положении в пространстве;
• увеличенный срок эксплуатации.

Сегодня батареи AGM устанавливают на автомобилях с системами «Старт-стоп», потребляющих большое количество электричества, а также на машинах спецназначения, укомплектованных большим количеством электрооборудования. Большинство экспертов сходятся во мнении, что в ближайшем будущем аккумуляторы этого типа вытеснят АКБ с жидким электролитом на всех автомобилях.

Аккумулятор EFB имеет более массивные свинцовые электроды, каждый из которых помещен в пакет из микроволокна. Такая конструкция обеспечивает плотное прилегание к поверхности пластины, что гарантирует устойчивость к глубоким разрядам.

Среди других преимуществ данной технологии:

• увеличенный ресурс;
• пониженная коррозионная активность электролита;
• используется в 3 раза меньше электролита;
• скорость зарядки увеличена на 45%;
• в зависимости от модели параметры пускового тока выше на 30–50%, чем у обычных АКБ;
• работают в широком температурном диапазоне;
• имеют более низкую стоимость, чем AGM-батареи.

Аккумуляторы EFB изначально разрабатывались для техники с системой «старт-стоп» и могут использовать на современных моделях автомобилей.

Аккумуляторы VRLA не являются таким прорывом в производстве батарей, как AMG или EFB. Это усовершенствованная классика, в которой решена проблема понижения уровня воды в процессе электролиза. За счет установки клапанов обеспечивается герметичность системы, в результате газы, выделяющиеся при образовании электричества, взаимодействуют между собой с образованием воды. Лишь при критическом значении давления газов, которые бывают при высоком напряжении разряда, клапана срабатывают, обеспечивая безопасность системы. Такие АКБ имеют увеличенный эксплуатационный ресурс.

Основные технические параметры

При выборе АКБ необходимо руководствоваться техническими характеристиками оборудования. К числу основных рабочих параметров батареи относятся:

• ёмкость — максимальное количество электричества, которое АКБ отдает при разрядке до предельно допустимого значения. Измеряется в ампер-часах, чем больше это значение, тем дольше будет работать АКБ без дополнительной зарядки. Существует прямая зависимость между емкостью и температурой залитого электролита, режима разряда и силы тока разряда, конструкции электродов и степени изношенности. Для легкового автомобиля с двигателем объемом 1,6 л оптимальным будет аккумулятор 55 А-ч, для кроссовера с двигателем 2 л — 66 А-ч, на среднетоннажные грузовики устанавливают батарею емкостью 90 А-ч;
• ток холодной прокрутки — величина тока, которую способен выдать аккумулятор на стартер в момент запуска. Это ключевой параметр для регионов с большим количеством холодных дней в году. Он зависит от технологий изготовления АКБ, материалов электродов и степени их износа. Наибольшие пусковые токи у аккумуляторов, разработанных для дизельных двигателей. В процессе эксплуатации ток холодной прокрутки уменьшается, так как не является постоянной величиной. Определяется при температуре -18ºС путем разрядки на протяжении 30 секунд пусковыми токами;
• степень заряженности — определить этот параметр можно по плотности электролита, напряжению, которые сопоставляют с паспортными данными АКБ;
• внутренне сопротивление — учитывает сопротивление всех внутренних элементов АКБ, возрастает с уменьшением величины заряда и понижением температуры; электродвижущая сила — напряжение на клеммах АКБ без внешней нагрузки, возрастает с увеличением плотности электролита и температуры. Анализ этой характеристики позволяет определить замыкание пластин;
• полярность АКБ — выпускается два типа батарей, оба имеют увеличенный диаметр положительного вывода;
• технологическое исполнение — в зависимости от конструктивных особенностей выделяют три вида АКБ: обслуживаемые, необслуживаемые, мало обслуживаемые. Наиболее распространенный тип — малообслуживаемые, они нуждаются в периодическом доливании электролита и поддержании его оптимальной плотности. Необслуживаемые аккумуляторы постепенно завоевывают рынок, не нуждаются в доливке электролита, но имеют высокую стоимость. В обслуживаемых аккумуляторах, которые сегодня практически не выпускаются, регулярно меняется электролит и периодически — банки.

Аккумуляторы могут различаться по массе и размерам, срок эксплуатации большинства моделей ограничивается 3-4 годами. При правильном уходе за батареей время ее службы можно продлить до 6-7 лет.

Саморазряд батареи

В процессе простоя аккумулятора происходит постепенное падение емкости, этот процесс получил название саморазряд. В магазинах полностью заряженные АКБ хранятся не более года. Происходит самостоятельная разрядка емкости из-за электрохимических процессов, протекающих на электродах. Основной компонент свинцового сплава, из которого созданы отрицательные электроды, довольно активно взаимодействует с серной кислотой. Происходит выделение водорода, а количество свинца в сплаве постепенно уменьшается.

В работающем аккумуляторе на поверхности образуется токопроводящая пленка из смеси пыли, воды и выделяющегося электролита. Это создает максимально благоприятные условия для саморазряда, поэтому рекомендуется держать АКБ в чистоте.

Падение емкости имеет ряд особенностей, знание которых позволит снизить темпы и величину саморазряда:

• чем чище серная кислота и дистиллированная вода, используемые при приготовлении электролита, тем ниже саморазряд, по этой причине не рекомендуется использовать загрязненную серную кислоту, используемую в промышленности;
• темпы саморазряда падают с понижением температуры, при отрицательных температурах падение емкости практические не идет, поэтому рекомендуется хранить АКБ в соответствующих условиях;
• увеличивает темпы саморазряда глубокий разряд АКБ;
• чем больше срок эксплуатации аккумулятора, тем интенсивнее становится саморазряд и требуется внимание на обслуживание АКБ.

Саморазряд — естественное явление, но темпы его различны. Оптимальным значением является падение емкости на 1% в течение суток.

Маркировка АКБ

Как чтение этикеток помогает энологам подобрать восхитительное вино для своей коллекции, так и маркировка АКБ дает возможность приобрести оптимальный вариант батареи для своего автомобиля. Несмотря на наличие международных стандартов, производители используют свою маркировку, которая отличается на разных континентах. Умение разбираться в маркировке поможет извлечь информацию, на которой продавец не хочет акцентировать внимание и которая может быть актуальной в процессе эксплуатации.

Примеры маркировки

На каждом аккумуляторе вы найдете маркировку, расшифровать которую вы можете с помощью приведенных ниже алгоритмов.

Источник